半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开实施例涉及电阻式随机存取存储器装置。在一些实施例中，电阻式随机存取存储器装置包含下电极结构位于导电下内连接层上方，上电极结构位于下电极结构上方，以及转换层位于下电极结构与上电极结构之间，转换层具有转换层外侧壁。电阻式随机存取存储器装置也包含帽盖层，帽盖层具有从转换层的角落沿上电极侧壁垂直延伸的垂直部分，帽盖层也具有从转换层的角落水平延伸至转换层外侧壁的水平部分。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本公开实施例涉及半导体技术，且特别涉及具有电阻式随机存取存储器(resistiverandomaccessmemory，RRAM)的半导体装置及其制造方法。
技术介绍
许多现代电子装置含有被配置来储存数据的电子存储器。电子存储器可为挥发性存储器(volatilememory)或非挥发性存储器(non-volatilememory)。挥发性存储器在供电时储存数据，而非挥发性存储器能够在断电时储存数据。由于简单的结构以及与互补式金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，CMOS)逻辑制造过程的相容性，电阻式随机存取存储器(RRAM)为下一代非挥发性存储器技术的有望的候选。
技术实现思路
在一些实施例中，提供一种半导体装置，半导体装置包含下电极结构，位于导电下内连接层上方；上电极结构，位于下电极结构上方，其中上电极结构具有上电极侧壁；转换层，位于下电极结构与上电极结构之间，其中转换层具有转换层外侧壁；以及帽盖层，具有从转换层的角落沿上电极侧壁垂直延伸的垂直部分以及从转换层的角落水平延伸至转换层外侧壁的水平部分。在一些其他实施例中，提供一种半导体装置，半导体装置包含下电极结构，位于由下层间介电层围绕的下内连接层上方；上电极结构，位于下电极结构上方；转换层，位于下电极结构与上电极结构之间；以及帽盖层，接触转换层的上表面并沿上电极结构的最外侧壁和转换层的侧壁设置，其中帽盖层包含高介电常数介电材料。在另外一些实施例中，提供一种半导体装置的制造方法，此方法包含在下内连接层上方形成层叠下电极；在层叠下电极上方形成转换元件；在转换元件上方形成一个或多个上电极膜；图案化一个或多个上电极膜，以形成具有上电极侧壁的上电极结构；以及在上电极结构上方以及沿上电极侧壁至转换元件顺应性沉积帽盖层；以及图案化层叠下电极，以形成下电极结构和转换层。附图说明根据以下的详细说明并配合所附附图可以更加理解本公开实施例。应注意的是，根据本产业的标准惯例，图示中的各种部件并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。图1显示依据一些实施例的电阻式随机存取存储器(RRAM)装置的剖面示意图，电阻式随机存取存储器装置具有被配置来提供耐久度和数据保存的良好平衡的帽盖层(recaplayer)。图2显示依据一些其他实施例的包括电阻式随机存取存储器装置的集成芯片(integratedcircuit，IC)的剖面示意图，电阻式随机存取存储器装置具有布置在上介电层之下的帽盖层。图3显示依据一些其他实施例的包括电阻式随机存取存储器装置的集成芯片的剖面示意图，电阻式随机存取存储器装置具有帽盖层。图4显示依据一些实施例的具有电阻式随机存取存储器装置的详细的集成芯片结构的剖面示意图，电阻式随机存取存储器装置具有帽盖层。图5-图16显示依据一些实施例的形成包括电阻式随机存取存储器装置的集成芯片的各种阶段的剖面示意图，电阻式随机存取存储器装置具有帽盖层。图17显示依据一些实施例的用以形成包括电阻式随机存取存储器装置的集成芯片的图5-图16的方法的流程图，电阻式随机存取存储器装置具有帽盖层。附图标记说明：100、400集成芯片101、420电阻式随机存取存储器装置102基底104下层间介电结构106下内连接层108下电极结构110转换层112上电极结构114、502下介电层116阻挡层118底部电极120覆盖层122顶部电极124、1002硬掩模层126上金属导通孔128侧壁间隙壁128a第一侧壁间隙壁128b第二侧壁间隙壁130、1102帽盖层130a第一帽盖层130b第二帽盖层132上电极侧壁132a第一上电极侧壁132b第二上电极侧壁134角落200、300、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600剖面示意图202上介电层402半导体基底403晶体管404阱区405沟道区406d漏极区406s源极区408栅极结构410栅极介电层412栅极电极414隔离区416a接点416b金属线层416c金属导通孔层418第一层间介电结构602第一掩模层604第一蚀刻操作606开口702层叠下电极704第一下电极膜706第二下电极膜708转换元件802覆盖膜902上电极膜1004第二蚀刻操作1006遮蔽区域1008未遮蔽区域1104第一上表面1106第二上表面1202侧壁间隔层1302第三蚀刻操作1402第四蚀刻操作1502第一上介电层1504第二上介电层1506上层间介电层1700方法1702、1704、1706、1708、1710、1712、1714、1716、1718、1720步骤d、s距离t1、t2厚度BL位元线SL源极线WL字元线具体实施方式要了解的是以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例，以实施提供的主体的不同部件。以下叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以求简化公开内容的说明。当然，这些仅为范例并非用以限定本公开。例如，以下的公开内容叙述了将一第一部件形成于一第二部件之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一部件与上述第二部件是直接接触的实施例，亦包含了尚可将附加的部件形成于上述第一部件与上述第二部件之间，而使上述第一部件与上述第二部件可能未直接接触的实施例。此外，公开内容中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构之间的关系。再者，为了方便描述附图中一元件或部件与另一(复数)元件或(复数)部件的关系，可使用空间相关用语，例如“在...之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似的用语。除了附图所绘示的方位之外，空间相关用语也涵盖装置在使用或操作中的不同方位。所述装置也可被另外定位(例如，旋转90度或者位于其他方位)，并对应地解读所使用的空间相关用语的描述。电阻式随机存取存储器(RRAM)装置被配置为通过在对应于不同数据状态的不同电阻值之间转换来储存数据。为了实现“电阻转换”，电阻式随机存取存储器装置具有下电极，下电极通过具有可变电阻的转换层与上电极隔开。转换层一般包括能够回应施加偏压而改变其内部电阻的高介电常数(high-k)介电材料。电阻转换允许电阻式随机存取存储器装置在对应于第一数据状态(例如“0”)的高电阻状态与对应于第二数据状态(例如“1”)的低电阻状态之间改变数据储存层的电阻。在制造电阻式随机存取存储器装置期间，上电极一般通过第一蚀刻工艺图案化，而转换层和下电极通过使用上电极和侧壁间隙壁作为掩模的第二蚀刻工艺图案化。独立的蚀刻工艺使得下电极和转换层比上电极宽。然而，因为下电极和转换层比上电极宽，转换层可能被过蚀刻，导致上电极的侧壁周围形成变薄的转换层。在操作期间，上电极的尖锐边缘在电场中引起峰值，其与转换层的变薄部分中的悬空键结(danglingbond)或缺陷结合可导致上电极与下电极之间的漏电路径。此漏电路径负面地影响电阻式随机存取存储器装置的数据保存和耐久度。本公开实施例涉及具有被配置来提供良好耐久度和数据保存的帽盖层的电阻式随机存取存储器装置以及相关的形成方法。在一些实施例中，电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括:一下电极结构，位于一导电下内连接层上方；一上电极结构，位于该下电极结构上方，其中该上电极结构具有一上电极侧壁；一转换层，位于该下电极结构与该上电极结构之间，其中该转换层具有一转换层外侧壁；以及一帽盖层，具有从该转换层的角落沿该上电极侧壁垂直延伸的一垂直部分以及从该转换层的角落水平延伸至该转换层外侧壁的一水平部分。

【技术特征摘要】
2017.09.25 US 62/562,556;2017.10.25 US 15/793,0951.一种半导体装置，包括:一下电极结构，位于一导电下内连接层上方；一上电极结构，位于该下电极结构上方，其中该上电极结构具有一上电极侧壁；一转换层，位于该下电极结构与该上电极结构之间，其中该转换层具有一转换层外侧壁；以及一帽盖层，具有从该转换层的角落沿该上电极侧壁垂直延伸的一垂直部分以及从该转换层的角落水平延伸至该转换层外侧壁的一水平部分。2.如权利要求1所述的半导体装置，其中该帽盖层包括与该转换层相同的材料。3.如权利要求2所述的半导体装置，其中该转换层和该帽盖层为高介电常数介电质。4.如权利要求2所述的半导体装置，其中该转换层为氧化铪，且该帽盖层为氧化铪、二氧化铪、氧化铝铪、氧化硅铪的其中一者。5.如权利要求1所述的半导体装置，其中该上电极结构包含一顶部电极和一硬掩模层，且其中该转换层在该硬掩模层下方的一遮蔽区域中具有一第一厚度以及不在该硬掩模层下方的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：金海光，林杏莲，陈侠威，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71